A Multielectron-Reaction and Low-Strain Na3.5Fe0.5VCr0.5(PO4)3 Cathode for Na-Ion Batteries

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作者
Han Li,Yao Wang,Xudong Zhao,Junteng Jin,Qiuyu Shen,Jie Li,Yukun Liu,Xuanhui Qu,Lifang Jiao,Yongchang Liu
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
卷期号:8 (9): 3666-3675 被引量:26
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.3c01183
摘要

Natrium superionic conductor (NASICON)-type phosphates have attracted widespread attention as cathodes for sodium-ion batteries (SIBs) due to their 3D open frameworks facilitating Na+ diffusion, but they are characterized by mediocre energy density or rapid capacity decay. Herein, we delicately design a multielectron-reaction and low-strain Na3.5Fe0.5VCr0.5(PO4)3/C cathode material featuring a high working voltage (∼3.43 V), high reversible capacity (148.5 mAh g–1), and high cycling stability (95.1% capacity retention over 2000 cycles). The deviation in the reaction potential of each redox couple (Fe2+/Fe3+, V3+/V4+/V5+, and Cr3+/Cr4+) efficaciously alleviates the lattice strain accumulation, ensuring a small cell volume variation of 3.87% during the highly reversible charge–discharge processes, as confirmed by systematic in situ/ex situ analyses. Moreover, the fast reaction kinetics and the unexpected reversible Na1-ion (6b site) release/uptake are elucidated via multiple electrochemical characterizations and theoretical computations. This rational design strategy of incorporating versatile redox couples with different roles will broaden the horizons of high-performance NASICON-type cathodes.
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